Результат интеллектуальной деятельности: МОБИЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ СТАНЦИЯ

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам, и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения различных стационарных и временно развернутых помещений любого назначения, в т.ч. в походных или аварийных условиях.

Известно устройство для нагрева жидкости (см.заявку RU N 2002113432/06 от 23.05.2002 г.). Устройство содержит статор, имеющий цилиндрическую полость, входные каналы для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор, выполненный в виде закрепленных на валу дисков со сквозными и несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии его торцов.

Недостатками прототипа являются необходимость стационарного монтажа теплогенератора, значительные тепловые потери и высокий уровень шума при его эксплуатации.

Предлагаемым изобретением решается задача: обеспечение мобильности, автономности, уменьшение уровня шума при работе тепловой станции.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении тепловых потерь при эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в мобильной тепловой станции (МТС), содержащей статор, имеющий цилиндрическую полость, входные каналы для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор, новым является то, что в качестве привода используется асинхронный электродвигатель с жидкостным или воздушным охлаждением, а в качестве альтернативного привода может быть использована силовая установка (бензиновый или дизельный двигатель с жидкостным или воздушным охлаждением), система охлаждения электродвигателя или силовой установки связана с теплообменником, размещенным в резервуаре, вход которого соединен с обратным трубопроводом системы теплопотребления, а выход через нагнетательный насос связан с входным каналом для подвода жидкости теплогенератора, система отвода выхлопных газов соединена через теплообменник, размещенный в этом же резервуаре, через нейтрализатор с атмосферой.

Тепловая станция установлена в контейнере или на платформе для мобильной транспортировки, а теплогенератор и привод с жидкостным охлаждением закрыты термошумоизолированным кожухом. Количество выработанной тепловой энергии регулируется изменением числа оборотов привода.

МТС может быть изготовлена в четырех вариантах в зависимости от типа применяемого привода.

Выбор типа привода обусловлен несколькими факторами:

- наличие на подключаемом объекте источника электрической энергии;

- возможность подключения тепловой станции определенной мощности к данному источнику;

- выбор типа привода эксплуатирующей организацией, исходя из конкретных условий использования.

В первом варианте в качестве привода МТС используется асинхронный электродвигатель с жидкостным охлаждением. Данная конструкция МТС является наиболее предпочтительной в плане теплопроизводительности, т.к. при утилизации тепловой энергии системы охлаждения в полезную энергию в совокупности с применением термошумоизолированного кожуха и возможностью применения высокоскоростных электродвигателей количество произведенной тепловой энергии является наивысшим при данной компоновочной схеме.

Во втором варианте в качестве привода МТС используется асинхронный электродвигатель с воздушным охлаждением. Данная конструкция МТС обладает высоким кпд, но в ней присутствуют потери от нагрева корпуса электродвигателя и сложность их утилизации в полезную энергию, т.к. необходимо обеспечение теплового режима окружающей среды при работе электродвигателя с воздушным охлаждением.

В первом и втором вариантах обеспечение автоматической работы МТС обеспечивается электрооборудованием, питающимся от внешнего стационарного или передвижного источника электроэнергии. С целью регулирования числа оборотов электродвигателя электрооборудование МТС может быть укомплектовано преобразователем частоты, что позволяет изменять количество произведенной тепловой энергии.

В третьем варианте в качестве привода МТС используется силовая установка (бензиновый или дизельный двигатель с жидкостным охлаждением). Данная конструкция МТС позволяет использовать МТС при отсутствии на объекте стационарного или передвижного источника электрической энергии и ее ресурс зависит только от наличия углеводородного топлива. Причем МТС с подобным приводом обладает преимуществами, присущими МТС с приводом от асинхронного электродвигателя с жидкостным охлаждением.

В четвертом варианте в качестве привода МТС используется силовая установка (бензиновый или дизельный двигатель с воздушным охлаждением). Данный вариант конструкции МТС отличается от предыдущего более высокими потерями тепловой энергии из-за сложности использования выделяющегося на поверхности корпуса силовой установки тепла, а также из-за невозможности установки термошумоизолированного кожуха ввиду необходимости обеспечения теплового режима окружающей среды при работе силовой установки с воздушным охлаждением.

В третьем и четвертом вариантах обеспечение автоматической работы МТС осуществляется электрооборудованием, питающимся от генератора силовой установки и аккумуляторной батареи. Кроме того, за счет имеющейся возможности регулирования числа оборотов силовой установки возможно регулирование количества произведенной тепловой энергии.

Для утилизации тепловой энергии системы охлаждения привода входной и выходной патрубок системы охлаждения соединены с теплообменником, который размещен в резервуаре, вход и выход которого связан с обратным трубопроводом системы теплопотребления через нагнетательный насос с входным каналом для подвода жидкости теплогенератора.

При использовании силовой установки (бензинового или дизельного двигателя с жидкостным или воздушным охлаждением) через теплообменник, расположенный в этом же резервуаре, утилизируется тепло отработавших газов. Отработавшие газы, очищаясь, через нейтрализатор поступают в атмосферу.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом не следуют из уровня техники. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема мобильной тепловой станции с приводом от асинхронного электродвигателя с жидкостным охлаждением; на фиг.2 - схема теплогенератора; на фиг.3 - общая схема мобильной тепловой станции с приводом от асинхронного электродвигателя с воздушным охлаждением; на фиг.4 - общая схема мобильной тепловой станции с приводом от силовой установки (бензинового или дизельного двигателя с жидкостным охлаждением); на фиг.5 - общая схема мобильной тепловой станции с приводом от силовой установки (бензинового или дизельного двигателя с воздушным охлаждением).

Мобильная тепловая станция по первому варианту состоит из контейнера или платформы для мобильной транспортировки 1, на основании которых на единой раме 2 установлены теплогенератор 3, асинхронный электродвигатель 4 с жидкостным охлаждением, нагнетательный насос 5.

Теплогенератор 3 состоит из статора 6 с цилиндрической полостью 7, внутри которой на вале 8 жестко закреплен ротор в виде диска 9. Вал 8 установлен в подшипниковой опоре 10 и уплотнен торцевым уплотнением 11. На внутренних торцевых поверхностях статора 6, на торцевых и цилиндрической поверхности диска 9 выполнены ряды несквозных отверстий 12. На диске 9 в непосредственной близости от вала 8 выполнены сквозные отверстия 13. Входной канал 14 для подвода жидкости размещен соосно с валом 8 на торцевой поверхности статора 6. Выходной канал 15 для отвода жидкости установлен на цилиндрической поверхности статора 6.

Вал электродвигателя 4 соединен с валом 8 теплогенератора 3 муфтой 16. Входной патрубок 17, выходной патрубок 18 системы охлаждения электродвигателя 4 соединены с теплообменником 19, размещенным в резервуаре 20. Вход резервуара 20 связан с обратным трубопроводом системы теплопотребления, а выход соединен со входом нагнетательного насоса 5, выход которого связан с входным каналом 14 для подвода жидкости теплогенератора 3. Выходной канал 15 для отвода жидкости соединен с прямым трубопроводом системы теплопотребления. Электродвигатель 4 и теплогенератор 3 закрыты жестко закрепленным на раме 2 термошумоизолированным кожухом 21.

В МТС по второму варианту на единой раме 2 установлены теплогенератор 3, асинхронный электродвигатель 22 с воздушным охлаждением, нагнетательный насос 5.

Вал электродвигателя 22 соединен с валом 8 теплогенератора 3 муфтой 16. Обратный трубопровод системы теплопотребления соединен со входом нагнетательного насоса 5, выход которого связан с входным каналом 14 для подвода жидкости теплогенератора 3. Выходной канал 15 для отвода жидкости соединен с прямым трубопроводом системы теплопотребления.

Для первого и второго варианта управление автоматической работой МТС осуществляется шкафом управления 23. Подвод электроэнергии к электрооборудованию МТС осуществляется от внешнего стационарного или передвижного источника.

В МТС по третьему варианту на единой раме 2 установлены теплогенератор 3, силовая установка 24 (бензиновый или дизельный двигатель с жидкостным охлаждением), нагнетательный насос 5.

Вал силовой установки 24 соединен с валом 8 теплогенератора 3 через муфту 25. Входной патрубок 26, выходной патрубок 27 системы охлаждения силовой установки соединены с теплообменником 19, размещенным в резервуаре 20. В этом же резервуаре 20 размещен второй теплообменник 28, одним входом связанный с системой отвода отработавших газов, а другим входом - через нейтрализатор 29 с атмосферой. Подсоединение входа и выхода резервуара 20 аналогично первому варианту. Силовая установка 24 и теплогенератор 3 закрыты термошумоизолированным кожухом 21.

В МТС по четвертому варианту на единой раме 2 установлены теплогенератор 3, силовая установка 30 (бензиновый или дизельный двигатель с воздушным охлаждением), нагнетательный насос 5.

Вал силовой установки 30 соединен с валом 8 теплогенератора 3 муфтой 25. В резервуаре 20 размещен теплообменник 28. Подключение теплообменника 28 и входа и выхода резервуара 20 аналогично третьему варианту.

Для третьего и четвертого варианта управление автоматической работой МТС осуществляется шкафом управления 31. Питание электрооборудования МТС в данном случае осуществляется от генератора силовой установки 24, 30 и аккумулятора 32.

Мобильная тепловая станция работает следующим образом. После оперативной доставки к месту эксплуатации прямой и обратный трубопроводы системы теплопотребления или горячего водоснабжения необходимо подключить соответственно к выходному каналу 15 для отвода жидкости и к входу резервуара 20 для первого, третьего и четвертого исполнения, для второго исполнения к входу нагнетательного насоса 5. При работе МТС по первому и второму варианту необходимо подключить шкаф управления 23. При работе МТС по третьему и четвертому варианту необходимо запустить силовую установку 24, 30. Сцепление установки 24, 30 должно быть выключено. Питание электрооборудования осуществляется от генератора силовой установки 24, 30, аккумулятора 32. Управление автоматической работой осуществляется от шкафа управления 31. После заполнения системы теплопотребления, теплогенератора 3 жидкостью, необходимо запустить нагнетательный насос 5. При достижении нормальной циркуляции жидкости между теплогенератором 3 и системой отопления включается электродвигатель 4 или 22, сцепление силовой установки 24 или 30. Начинается процесс "раскачивания" системы теплопотребления и при достижении температуры 60-70°С начинается полноценный процесс теплоотдачи у потребителя.

Работа теплогенератора 3 происходит следующим образом. Жидкость от нагнетательного насоса 5 под давлением подается к входному каналу 14 для подвода жидкости и далее - в полость 7. За счет сил трения в жидкости между внутренними поверхностями статора 6 и торцевыми и цилиндрическими поверхностями диска 9, за счет разрыва сплошного потока жидкости в зонах вихревых образований в областях несквозных отверстий 12 происходит активные процессы тепловыделения. Сквозные отверстия 13 служат для обеспечения поступления потока нагреваемой жидкости в зазор между противоположной торцевой поверхностью статора 6 и торцевой поверхностью диска 9. Через выходной канал 15 для отвода жидкости нагретая жидкость попадает в прямой трубопровод системы теплопотребления.

Количество произведенной тепловой энергии регулируется за счет изменения числа оборотов электродвигателя 4 или 22, осуществляемого преобразователем частоты шкафа управления 23 или за счет изменения частоты вращения вала силовой установки 24, 30.

Тепловая энергия охлаждающей жидкости электродвигателя 4 и силовой установки 24 утилизируется в полезное тепло при помощи теплообменника 19, который повышает температуру жидкости в резервуаре 20. Тепловая энергия отработавших газов силовой установки 24, 30 утилизируется при помощи теплообменника 28, размещенного в резервуаре 20 и связанного через нейтрализатор 29 с атмосферой.